1. 研究目的与意义（文献综述）
随着人类社会的进步与发展，对能源的需求量越来越大，对环境的破坏程度也越来越大，因此目前科学研究的重心放在了新能源，环保等方面。燃料电池是一种不经过燃烧，而是通过电化学的方式将燃料和氧化剂中的化学能高效，环保地转化为电能的初级能源转化装置[1]。其中质子交换膜电池由于其功率密度高，能量转化率高，对环境友好并适用于便携式电子电器的移动电源，而成为近年来发展最快的一类燃料电池。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心组成部分，起到传导质子，阻隔燃料气和氧气或空气，附着电催化剂等重要作用。因此质子交换膜性能的好坏直接影响了燃料电池工作的性能，成本和应用前景。理想的质子交换膜要有较高的质子电导率，对燃料和氧化剂有较好的阻隔性，优越的机械性能，足够的使用寿命，合理的价格等[2]。综上，所以对质子交换膜进行改性，优化其性质成为燃料电池研究工作中的重点之一。
目前来说，燃料电池最常使用的质子交换膜是全氟磺酸质子交换膜。这类膜的化学稳定性好，力学强度高，有较大的质子电导率。但是这类膜的质子传递属于水分子参与的质子传递，离子电导率对水含量的依赖性强，在水含量较低或者是温度较高，尤其是温度高于100℃时，它的电导率会显著降低[3-5]。这就意味着当它用于燃料电池时，必须要保证膜充分湿润，防止失水。这就增加了膜设计和操作的复杂程度，增加了电池成本。另外当膜用于直接甲醇燃料电池时，因为它阻醇性较差，就容易发生甲醇透过，引起阴极催化剂中毒，限制了它在燃料电池中的应用范围[6-8]。并且高温时，氟化膜还会放出有害的化合物。
要解决全氟磺酸质子交换膜高温质子电导率下降，成本高的问题，关键在于制备高性能、低成本的无氟质子交换膜。提出了用有机膦酸接枝聚合物聚苯并咪唑（pbi）的方法来制备新型的质子交换膜。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
材料制备：以聚苯并咪唑为主体，通过环氧开环反应以及硅氧烷的水解反应将有机膦酸接枝到聚苯并咪唑高分子链上；
材料表征：采用傅里叶红外光谱、xrd、fe-sem、tg-dsc、质子电导率等测试技术对质子交换膜的结构、物相、显微结构、电化学性能进行测试。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。
第4－8周：按照设计方案，制备膦酸接枝聚苯并咪唑高温质子交换膜。
第9－11周：采用傅里叶红外光谱、xrd、fe-sem、tg-dsc、质子电导率等测试技术对质子交换膜的结构、物相、显微结构、电化学性能进行测试。
4. 参考文献（12篇以上）
[1]衣宝廉. 燃料电池的原理、技术状态与展望[j].电池工业.2003(1):16-22.
[2]石建恒, 于宏燕, 曾心苗.燃料电池质子交换膜的研究现状[j]. 膜科学与技术，2009,29(2):94-97.
[3]j. kerres, v. atanasov. cross-linked pbi-based high-temperature membranes: stability, conductivity and fuel cell performance [j]. international journal of hydrogen energy 40(2015):14723-14735.
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